發光部件、打印頭和圖像形成裝置的制作方法
本發明涉及發光部件、打印頭和圖像形成裝置。
背景技術：
在專利文獻1中記載了一種發光元件陣列，其將多個能夠從外部控制閾值電壓或閾值電流的發光元件一維、二維或三維排列，將控制各發光元件的閾值電壓或者閾值電流的電極相互電連接，在各發光元件上連接從外部施加電壓或電流的時鐘線。
在專利文獻2中記載了一種自掃描型光源頭，其具備：基板；以陣列狀配設在基板上的面發光型半導體激光器；以及作為開關元件的晶閘管，其排列在基板上，使上述面發光型半導體激光器的發光選擇性地導通/截止。
在專利文獻3中記載了一種自掃描型發光裝置，其構成pnpnpn6層半導體結構的發光元件，在兩端的p型第一層和n型第六層以及中央的p型第三層和n型第四層上設置電極，pn層承擔發光二極管功能，pnpn4層承擔晶閘管功能。
【現有技術文獻】
【專利文獻】
專利文獻1：日本特開平1-238962號公報
專利文獻2：日本特開2009-286048號公報
專利文獻3：日本特開2001-308385號公報
技術實現要素：
發明所要解決的課題
但是，例如在具備傳輸部和發光部的自掃描發光元件陣列中，若發光部的發光元件為由與傳輸部同樣的半導體多層膜構成的晶閘管，則難以獨立地設定發光部中的發光元件的發光特性等和傳輸部的傳輸特性等。
因此，本發明的目的在于提供如下的發光部件等，在結構中具備依次成為導通狀態的多個傳輸元件、以及與傳輸元件連接的發光元件，與發光元件和傳輸元件由同樣的半導體多層膜構成的情況相比，容易獨立地設定發光元件的特性和傳輸元件的特性。
用于解決課題的手段
方案1所述的發明為一種發光部件，其具備：依次成為導通狀態的多個傳輸元件；多個置位晶閘管，它們與多個上述傳輸元件分別連接，由于該傳輸元件成為導通狀態而成為能夠轉移至導通狀態的狀態；以及多個發光元件，它們隔著隧道結分別層疊在多個上述置位晶閘管上，在該置位晶閘管成為導通狀態時，該發光元件發光或發光量增加。
方案2所述的發明為方案1所述的發光部件，其特征在于，上述置位晶閘管和上述發光元件中，構成該置位晶閘管的多個半導體層和構成該發光元件的多個半導體層隔著構成上述隧道結的半導體層而層疊。
方案3所述的發明為方案1或2所述的發光部件，其特征在于，上述隧道結被構成為，在上述發光元件被設定成正向偏壓時，上述隧道結被設定成反向偏壓。
方案4所述的發明為方案1～3中任一項所述的發光部件，其特征在于，構成上述置位晶閘管的多個半導體層、構成上述發光元件的多個半導體層、以及構成上述隧道結的半導體層中的任意半導體層使該發光元件中的電流路徑變窄。
方案5所述的發明為方案4所述的發光部件，其特征在于，構成上述隧道結的半導體層使上述發光元件中的電流路徑變窄。
方案6所述的發明為方案1～5中任一項所述的發光部件，其特征在于，構成上述置位晶閘管的多個半導體層和構成上述發光元件的多個半導體層中的至少一個半導體層的一部分或全部為分布布拉格反射層。
方案7所述的發明為方案1～6中任一項所述的發光部件，其特征在于，上述隧道結由多個半導體層構成，與多個上述半導體層中的至少一個半導體層的帶隙對應的波長大于上述發光元件的發光波長。
方案8所述的發明為方案1～7中任一項所述的發光部件，其特征在于，上述隧道結位于由上述發光元件的發光而產生的駐波的波節處。
方案9所述的發明為一種打印頭，其具備發光單元以及使從上述發光單元射出的光成像的光學單元，所述發光單元包括：依次成為導通狀態的多個傳輸元件；多個置位晶閘管，它們與多個該傳輸元件分別連接，由于該傳輸元件成為導通狀態而成為能夠轉移至導通狀態的狀態；以及多個發光元件，它們隔著隧道結分別層疊在多個該置位晶閘管上，在該置位晶閘管成為導通狀態時，該發光元件發光或發光量增加。
方案10所述的發明為一種圖像形成裝置，其具備：圖像保持體；帶電單元，其使上述圖像保持體帶電；曝光單元，其借助光學單元對上述圖像保持體進行曝光，該曝光單元包括：依次成為導通狀態的多個傳輸元件；多個置位晶閘管，它們與多個該傳輸元件分別連接，由于該傳輸元件成為導通狀態而成為能夠轉移至導通狀態的狀態；以及多個發光元件，它們隔著隧道結分別層疊在多個該置位晶閘管上，在該置位晶閘管成為導通狀態時，該發光元件發光或發光量增加；顯影單元，其對由上述曝光單元曝光而在上述圖像保持體上形成的靜電潛像進行顯影；以及轉印單元，其將在上述圖像保持體上顯影的圖像轉印到被轉印體上。
發明效果
根據方案1的發明，與發光元件和傳輸元件由同樣的半導體多層膜構成的情況相比，容易獨立地設定發光元件的特性和傳輸元件的特性。
根據方案2、3的發明，與不使用隧道結的情況相比，能夠降低施加到層疊的發光元件和置位晶閘管的電壓。
根據方案4的發明，與不使電流路徑變窄的情況相比，能夠降低消耗電力。
根據方案5的發明，與隧道結不用于使電流路徑變窄的情況相比，能夠應用的襯底的選擇范圍變寬。
根據方案6的發明，與不使用分布布拉格反射層的情況相比，光利用效率提高。
根據方案7的發明，與和隧道結的材料的帶隙對應的波長小于發光元件的發光波長的情況相比，能夠降低電阻。
根據方案8的發明，與位于駐波波腹的情況相比，能夠降低光吸收。
根據方案9的發明，與發光元件和傳輸元件由同樣的半導體多層膜構成的情況相比，打印頭的性能提高。
根據方案10的發明，與發光元件和傳輸元件由同樣的半導體多層膜構成的情況相比，圖像形成裝置的性能提高。
附圖說明
圖1是示出第一實施方式所應用的圖像形成裝置的整體結構的一例的圖。
圖2是示出打印頭結構的一例的剖面圖。
圖3是發光裝置的一例的俯視圖。
圖4是示出發光芯片的結構、發光裝置的信號發生電路的結構和電路基板上的布線(線)的結構的一例的圖。
圖5是說明第一實施方式的搭載有自掃描發光元件陣列(sled)的發光芯片的電路結構的等效電路圖。
圖6是第一實施方式的發光芯片的平面布局圖和剖面圖的一例。圖6的(a)是發光芯片的平面布局圖，圖6的(b)是圖6的(a)的vib-vib線剖面圖。
圖7是置位晶閘管和發光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖8是對置位晶閘管與發光二極管的層疊結構進一步說明的圖。圖8的(a)是置位晶閘管與發光二極管的層疊結構中的示意性能帶圖，圖8的(b)是隧道結層的反向偏壓狀態下的能帶圖，圖8的(c)示出隧道結層的電流電壓特性。
圖9是說明發光裝置和發光芯片的動作的時序圖。
圖10是說明發光芯片的制造方法的圖。圖10的(a)是半導體層疊體形成工序，圖10的(b)是n-歐姆電極和光射出口保護層形成工序，圖10的(c)是露出隧道結層的蝕刻工序，圖10的(d)是電流狹窄層中的電流阻止部形成工序，圖10的(e)是露出p柵極層的蝕刻工序，圖10的(f)是p-歐姆電極和背面電極形成工序。
圖11是對變形例1-1進行說明的置位晶閘管與發光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖12是對變形例1-2進行說明的置位晶閘管與發光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖13是第二實施方式的發光芯片的置位晶閘管與發光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖14是對變形例2-1進行說明的置位晶閘管與發光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖15是對變形例2-2進行說明的置位晶閘管與發光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖16是說明第三實施方式的搭載有自掃描發光元件陣列(sled)的發光芯片的電路結構的等效電路圖。
圖17是第三實施方式的發光芯片的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖18是對變形例3-1進行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖19是對變形例3-2進行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖20是對變形例3-3進行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖21是對變形例3-4進行說明的置位晶閘管與激光二極管層疊而成的島的放大剖面圖。
圖22是用于說明第四實施方式的搭載有自掃描發光元件陣列(sled)的發光芯片的電路結構的等效電路圖。
圖23是第四實施方式的發光芯片的置位晶閘管與垂直諧振面發光激光器層疊而成的島的放大剖面圖。
圖24是對變形例4-1進行說明的置位晶閘管與垂直諧振面發光激光器層疊而成的島的放大剖面圖。
圖25是對變形例4-2進行說明的置位晶閘管與垂直諧振面發光激光器層疊而成的島的放大剖面圖。
符號說明
1…圖像形成裝置、10…圖像形成處理部、11…圖像形成單元、12…感光鼓、14…打印頭、30…圖像輸出控制部、40…圖像處理部、62…電路基板、63…光源部、64…棒狀透鏡陣列、65…發光裝置、80…襯底、81…p陽極層、81b、86b…電流狹窄層、82…n柵極層、83…p柵極層、84…n陰極層、85…隧道結層、85a…n++層、85b…p++層、86…p陽極層、87…發光層、88…n陰極層、89…光射出口保護層、90…保護層、91…背面電極、101…傳輸部、102…發光部、110…信號發生電路、120…傳輸信號發生部、140…點亮信號發生部、160…基準電位供給部、170…電源電位供給部、301～306…島、
具體實施方式
下面參照所附的附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。
另外，在下文中，將鋁記為al等，使用元素記號進行記載。
[第一實施方式]
(圖像形成裝置1)
圖1是示出第一實施方式所應用的圖像形成裝置1的整體結構的一例的圖。圖1所示的圖像形成裝置1是所謂的級聯型圖像形成設備。該圖像形成裝置1具備：圖像形成處理部10，其基于各色的圖像數據進行圖像形成；圖像輸出控制部30，其控制圖像形成處理部10；以及圖像處理部40，其與例如個人計算機(pc)2或圖像讀取裝置3連接，對從它們接收的圖像數據進行預定圖像處理。
圖像形成處理部10具備隔著預定間隔并排設置的圖像形成單元11y、11m、11c、11k(在不進行區分的情況下，記為圖像形成單元11)。圖像形成單元11具備：作為圖像保持體的一例的感光鼓12，其形成靜電潛像并保持色調劑圖像；作為帶電單元的一例的帶電器13，其使感光鼓12的表面帶電至預定電位；打印頭14，其對通過帶電器13帶電的感光鼓12進行曝光；以及作為顯影單元的一例的顯影器15，其對由打印頭14得到的靜電潛像進行顯影。各圖像形成單元11y、11m、11c、11k分別形成黃色(y)、品紅(m)、青色(c)、黑色(k)的色調劑圖像。
另外，對于圖像形成處理部10來說，為了將由各圖像形成單元11y、11m、11c、11k的感光鼓12形成的各色的色調劑圖像多重轉印到作為被轉印體的一例的記錄紙張25上，該圖像形成處理部10具備：紙張傳送帶21，其傳送該記錄紙張25；驅動輥22，其驅動紙張傳送帶21；作為轉印單元的一例的轉印輥23，其將感光鼓12的色調劑圖像轉印到記錄紙張25上；以及定影器24，其將色調劑圖像定影到記錄紙張25上。
在該圖像形成裝置1中，圖像形成處理部10基于從圖像輸出控制部30供給的各種控制信號進行圖像形成動作。這樣，在基于圖像輸出控制部30的控制下，從個人計算機(pc)2或圖像讀取裝置3接收的圖像數據被圖像處理部40施以圖像處理，被供給至圖像形成單元11。并且，例如在黑色(k)的圖像形成單元11k中，感光鼓12在沿箭頭a方向旋轉的同時被帶電器13帶電至預定電位，基于從圖像處理部40供給的圖像數據，由發光的打印頭14進行曝光。由此，在感光鼓12上形成與黑色(k)圖像相關的靜電潛像。并且，在感光鼓12上形成的靜電潛像被顯影器15顯影，在感光鼓12上形成黑色(k)的色調劑圖像。在圖像形成單元11y、11m、11c中也分別形成黃色(y)、品紅(m)、青色(c)的各色色調劑圖像。
由各圖像形成單元11形成的感光鼓12上的各色色調劑圖像通過施加到轉印輥23上的轉印電場被依次靜電轉印到隨著在箭頭b方向上移動的紙張傳送帶21的移動而供給的記錄紙張25上，在記錄紙張25上形成各色色調劑疊加而成的合成色調劑圖像。
其后，靜電轉印了合成色調劑圖像的記錄紙張25被傳送到定影器24。傳送到定影器24的記錄紙張25上的合成色調劑圖像被定影器24進行了利用熱和壓力的定影處理，被定影到記錄紙張25上，從圖像形成裝置1中排出。
(打印頭14)
圖2是示出打印頭14的結構的一例的剖面圖。作為曝光單元的一例的打印頭14具備：殼體61；作為發光單元的一例的發光裝置65，其具備光源部63，該光源部63具備對感光鼓12進行曝光的多個發光元件(在第一實施方式中，是作為發光元件的一例的發光二極管led)；以及作為光學單元的一例的棒狀透鏡陣列64，其將從光源部63射出的光成像到感光鼓12的表面。
發光裝置65具備上述的光源部63、搭載驅動光源部63的信號發生電路110(參照后述的圖3)等的電路基板62。
殼體61例如由金屬形成，支承電路基板62和棒狀透鏡陣列64，按照使光源部63的發光元件的發光面成為棒狀透鏡陣列64的焦平面的方式進行設定。另外，棒狀透鏡陣列64沿著感光鼓12的軸向(其為主掃描方向，是后述的圖3、圖4的(b)的x方向)進行配置。
(發光裝置65)
圖3是發光裝置65的一例的俯視圖。
在圖3中例示的發光裝置65中，光源部63具有如下構成：在電路基板62上，40個作為發光部件的一例的發光芯片c1～c40(在不區分的情況下，記為發光芯片c)在作為主掃描方向的x方向上曲折交錯地排列成兩行。發光芯片c1～c40的結構可以相同。
在本說明書中，使用“～”表示用編號彼此區分的多個構成要件，并且包括“～”前后所記載的編號以及其間的編號的元件。例如，發光芯片c1～c40包括從發光芯片c1按編號順序一直到發光芯片c40。
另外，在第一實施方式中，作為發光芯片c的數量，使用合計40個發光芯片，但并不限定于此。
并且，發光裝置65搭載驅動光源部63的信號發生電路110。信號發生電路110由例如集成電路(ic)等構成。另外，發光裝置65也可以不搭載信號發生電路110。此時，信號發生電路110被設在發光裝置65的外部，經電纜等供給控制發光芯片c的控制信號等。此處，設為發光裝置65具備信號發生電路110而進行說明。
關于發光芯片c的排列的詳細內容在下文敘述。
圖4是示出發光芯片c的結構、發光裝置65的信號發生電路110的結構和電路基板62上的布線(線)的結構的一例的圖。圖4的(a)表示發光芯片c的結構，圖4的(b)表示發光裝置65的信號發生電路110的結構和電路基板62上的布線(線)的結構。另外，在圖4的(b)中，示出了發光芯片c1～c40中的發光芯片c1～c9的部分。
首先，對圖4的(a)所示的發光芯片c的結構進行說明。
發光芯片c具備發光部102，發光部102的結構中包含多個發光元件(在第一實施方式中為發光二極管led1～led128(在不區分的情況下，記為發光二極管led))，在表面形狀為矩形的襯底80的表面上，在接近一個長邊的一側沿著長邊呈線狀設置上述多個發光元件。此外，發光芯片c在襯底80表面的長邊方向的兩端部具有用于接收各種控制信號等的多個作為焊接焊盤的端子(
另外，“線狀”并不限于多個發光元件如圖4的(a)所示那樣在一條直線上排列的情況，多個發光元件中的各發光元件也可以為在與直線方向垂直的方向上具有相互不同的偏移量來進行排列的狀態。例如，在將發光元件的發光面(后述圖6中的發光二極管led的區域311)設為像素時，各發光元件可以在與直線方向垂直的方向上以幾個像素或幾十個像素的偏移量進行配置。另外，可以在相鄰的發光元件間交替呈之字狀配置、或者可以每多個發光元件呈之字狀配置。
接著利用圖4的(b)對發光裝置65的信號發生電路110的結構和電路基板62上的布線(線)的結構進行說明。
如上所述，在發光裝置65的電路基板62上搭載信號發生電路110和發光芯片c1～c40，設置將信號發生電路110和發光芯片c1～c40連接的布線(線)。
首先，對信號發生電路110的結構進行說明。
在信號發生電路110中，利用圖像輸出控制部30和圖像處理部40(參照圖1)輸入圖像處理后的圖像數據和各種控制信號。信號發生電路110基于這些圖像數據和各種控制信號進行圖像數據的排序、光量的校正等。
并且，信號發生電路110具備傳輸信號發生部120，其基于各種控制信號向發光芯片c1～c40發送第一傳輸信號
另外，信號發生電路110具備點亮信號發生部140，其基于各種控制信號向發光芯片c1～c40分別發送點亮信號
另外，信號發生電路110具備：基準電位供給部160，其向發光芯片c1～c40供給作為電位基準的基準電位vsub；電源電位供給部170，其供給用于驅動發光芯片c1～c40的電源電位vga。
接著對發光芯片c1～c40的排列進行說明。
奇數編號的發光芯片c1、c3、c5、…在各襯底80的長邊方向上隔著間隔排列成一列。偶數編號的發光芯片c2、c4、c6、…也同樣地在各襯底80的長邊方向上隔著間隔排列成一列。并且，奇數編號的發光芯片c1、c3、c5、…和偶數編號的發光芯片c2、c4、c6、…按照設置在發光芯片c的發光部102側的長邊相對的方式在相互旋轉180°的狀態下曲折交錯地排列。并且，在發光芯片c之間也按照發光元件在主掃描方向(x方向)上以預定間隔排列的方式進行位置設定。另外，在圖4的(b)的發光芯片c1～c40中，圖4的(a)所示的發光部102的發光元件的排列(在第一實施方式中為發光二極管led1～led128的編號順序)方向用箭頭表示。
對于連接信號發生電路110與發光芯片c1～c40的布線(線)進行說明。
在電路基板62上設置電源線200a，其與設置在發光芯片c的襯底80的背面的作為vsub端子的背面電極91(參照后述的圖6)連接，供給基準電位vsub。
并且，在電路基板62上設置電源線200b，其與設置在發光芯片c上的vga端子連接，供給用于驅動的電源電位vga。
在電路基板62上設有用于從信號發生電路110的傳輸信號發生部120向發光芯片c1～c40的
另外，在電路基板62上設有點亮信號線204-1～204-40(在不區分的情況下，記為點亮信號線204)，其經各限流電阻ri從信號發生電路110的點亮信號發生部140向各發光芯片c1～c40的各
如以上所說明，向電路基板62上的全部發光芯片c1～c40共同地供給基準電位vsub、電源電位vga。第一傳輸信號
(發光芯片c)
圖5是說明第一實施方式的搭載有自掃描發光元件陣列(sled：self-scanninglightemittingdevice)的發光芯片c的電路結構的等效電路圖。除了端子(
此處，在與信號發生電路110的關系中，以發光芯片c1為例對發光芯片c進行說明。此處，在圖5中，將發光芯片c記為發光芯片c1(c)。其他發光芯片c2～c40的結構與發光芯片c1相同。
發光芯片c1(c)具備由發光二極管led1～led128構成的發光部102(參照圖4的(a))。
并且，發光芯片c1(c)具備置位晶閘管s1～s128(在不區分的情況下，記為置位晶閘管s)。發光二極管led1～led128和置位晶閘管s1～s128中，相同編號的發光二極管led與置位晶閘管s串聯連接。
另外，如后述的圖6的(b)所示，在襯底80上以線狀排列的置位晶閘管s上層疊發光二極管led。由此，發光二極管led1～led128也以線狀排列。
并且，發光芯片c1(c)具備與發光二極管led1～led128、置位晶閘管s1～s128同樣地以線狀排列的傳輸晶閘管t1～t128(在不區分的情況下，記為傳輸晶閘管t)。
另外，在此，作為傳輸元件的一例，使用傳輸晶閘管t進行了說明，但只要為依次成為導通狀態的元件，也可以使用其他電路元件，例如可以使用移位寄存器或多個晶體管組合而成的電路元件。
另外，發光芯片c1(c)中，傳輸晶閘管t1～t128分別依編號順序將兩個組對，在各對之間具備耦合二極管d1～d127(在不區分的情況下，記為耦合二極管d)。
此外，發光芯片c1(c)具備電源線電阻rg1～rg128(在不區分的情況下，記為電源線電阻rg)。
另外，發光芯片c1(c)具備一個啟動二極管sd。并且具備限流電阻r1、r2，該限流電阻r1、r2是為了防止后述的發送第一傳輸信號
在此，傳輸部101由置位晶閘管s1～s128、傳輸晶閘管t1～t128、電源線電阻rg1～rg128、耦合二極管d1～d127、啟動二極管sd、限流電阻r1、r2構成。
發光部102的發光二極管led1～led128、傳輸部101的置位晶閘管s1～s128、傳輸晶閘管t1～t128在圖5中從左側起依編號順序排列。此外，耦合二極管d1～d127、電源線電阻rg1～rg128也從圖中左側起依編號順序排列。
并且，在圖5中，從上起依傳輸部101、發光部102的順序排列。
在第一實施方式中，發光部102中的發光二極管led、傳輸部101中的置位晶閘管s、傳輸晶閘管t、電源線電阻rg分別為128個。另外，耦合二極管d的數量比傳輸晶閘管t的數量少1個，為127個。
發光二極管led等的數量并不限定于上述數量，只要為預定的數量即可。并且，傳輸晶閘管t的數量可以大于發光二極管led的數量。
上述的發光二極管led是具備陽極端子(陽極)和陰極端子(陰極)這兩個端子的半導體元件，晶閘管(置位晶閘管s、傳輸晶閘管t)是具有陽極端子(陽極)、柵極端子(柵極)和陰極端子(陰極)這三個端子的半導體元件，耦合二極管d1和啟動二極管sd是具備陽極端子(陽極)和陰極端子(陰極)這兩個端子的半導體元件。
另外，如下文所述，發光二極管led、晶閘管(置位晶閘管s、傳輸晶閘管t)、耦合二極管d1和啟動二極管sd有時不一定具備以電極形式構成的陽極端子、柵極端子、陰極端子。因此，在下文中，有時省略端子而以()內來記載。
接著對發光芯片c1(c)中的各元件的電連接進行說明。
傳輸晶閘管t、置位晶閘管s各自的陽極與發光芯片c1(c)的襯底80連接(公共陽極)。
并且，這些陽極經由設置在襯底80背面的作為vsub端子的背面電極91(參照后述的圖6的(b))與電源線200a(參照圖4的(b))連接。該電源線路200a由基準電位供給部160供給基準電位vsub。
另外，該連接為使用p型襯底80時的結構，在使用n型襯底的情況下，極性相反，在使用未添加雜質的本質(i)型襯底的情況下，在襯底的設有傳輸部101和發光部102的一側設置有與供給基準電位vsub的電源線200a連接的端子。
沿著傳輸晶閘管t的排列，奇數編號的傳輸晶閘管t1、t3、…的陰極與第一傳輸信號線72連接。并且，第一傳輸信號線72經限流電阻r1與
另一方面，沿著傳輸晶閘管t的排列，偶數編號的傳輸晶閘管t2、t4、…的陰極與第二傳輸信號線73連接。并且，第二傳輸信號線73經限流電阻r2與
發光二極管led1～led128的陰極與點亮信號線75連接。點亮信號線75與
傳輸晶閘管t1～t128的各柵極gt1～gt128(在不區分的情況下，記為柵極gt)與相同編號的置位二極管s1～s128的柵極gs1～gs128(在不區分的情況下，記為柵極gs)以一對一的方式連接。由此，柵極gt1～gt128與柵極gs1～gs128中，相同編號的柵極為同電位。從而，例如記載為柵極gt1(柵極gs1)，表示電位相同。
傳輸晶閘管t1～t128的各柵極gt1～gt128依編號順序將每兩個組對，在每兩個組對而成的一對柵極gt之間分別連接耦合二極管d1～d127。即，耦合二極管d1～d127按照分別被夾在各柵極gt1～gt128之間的方式進行串聯連接。并且，耦合二極管d1的方向是電流從柵極gt1流向柵極gt2的方向。對于其他耦合二極管d2～d127也是同樣的。
傳輸晶閘管t的柵極gt(柵極gs)經由與各傳輸晶閘管t對應設置的電源線電阻rg與電源線71連接。電源線71與vga端子連接。電源線200b(參照圖4的(b))與vga端子連接，電源電位vga從電源電位供給部170被供給到vga端子。
并且，傳輸晶閘管t1的柵極gt1與啟動二極管sd的陰極端子連接。另一方面，啟動二極管sd的陽極與第二傳輸信號線73連接。
圖6是第一實施方式的發光芯片c的平面布局圖和剖面圖的一例。圖6的(a)是發光芯片c的平面布局圖，圖6的(b)是圖6的(a)的vib-vib線剖面圖。由于在此未示出發光芯片c與信號發生電路110的連接關系，因而不需要以發光芯片c1為例。因此記為發光芯片c。
在圖6的(a)中，示出了以發光二極管led1～led4、置位晶閘管s1～s4、傳輸晶閘管t1～t4為中心的部分。另外，端子(
圖6的(b)是圖6的(a)的vib-vib線剖面圖，在該圖6的(b)中，從圖中下方起示出了發光二極管led1/置位晶閘管s1、傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1和電源線電阻rg1。另外，使發光二極管led1與置位晶閘管s1層疊。
并且，在圖6的(a)、(b)的圖中，將主要的元件和端子用名字來記載。
首先利用圖6的(b)對發光芯片c的截面結構進行說明。
在p型襯底80(襯底80)上依序設置p型陽極層81(p陽極層81)、n型柵極層82(n柵極層82)、p型柵極層83(p柵極層83)和n型陰極層84(n陰極層84)。另外，在下文中，使用()內的記載。在其他情況下也是同樣的。
并且，在n陰極層84上設置隧道結(隧道二極管)層85。
進一步，在隧道結層85上設置p型陽極層86(p陽極層86)、發光層87、n型陰極層88(n陰極層88)。
并且，在發光二極管led1上設置光射出口保護層89，其由對于發光二極管led所射出的光具有透光性的絕緣材料構成。
并且，如圖6的(b)所示，在發光芯片c上設置保護層90，該保護層90按照覆蓋這些島的表面和側面的方式設置，并由透光性的絕緣材料構成。并且，這些島與電源線71、第一傳輸信號線72、第二傳輸信號線73、點亮信號線75等的布線經由設置在保護層90上的通孔(在圖6的(a)中以○表示)進行連接。在以下的說明中，省略對于保護層90和通孔的說明。
另外，如圖6的(b)所示，在襯底80的背面設置作為vsub端子的背面電極91。
p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結層85、p陽極層86、發光層87、n陰極層88分別為半導體層，通過外延生長依次層疊。并且，將島間的半導體層通過蝕刻(平臺蝕刻)除去以使它們成為相互隔離的多個島(island)(后述的島301、302、303、…)。另外，p陽極層81可以被隔離、也可以不被隔離。在圖6的(b)中，p陽極層81在厚度方向上有一部分被隔離。另外，p陽極層81也可以兼作襯底80。
使用p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83和n陰極層84構成置位晶閘管s、傳輸晶閘管t、耦合二極管d、電源線電阻rg等(在圖6的(b)中為置位晶閘管s1、傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1、電源線電阻rg1)。
在此，p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84的記載與構成置位晶閘管s和傳輸晶閘管t的情況下的功能(作用)相對應。即，p陽極層81起到陽極的作用、n柵極層82和p柵極層83起到柵極的作用、n陰極層84起到陰極的作用。在構成耦合二極管d、電源線電阻rg的情況下，如下文所述發揮出不同的功能(作用)。
發光二極管led(在圖6的(b)中為發光二極管led1)由p陽極層86、發光層87、n陰極層88構成。
并且，p陽極層86、n陰極層88的記載也同樣地與構成發光二極管led的情況下的功能(作用)相對應。即，p陽極層86起到陽極的作用、n陰極層88起到陰極的作用。
如下文所說明，多個島包括不具備p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結層85、p陽極層86、發光層87、n陰極層88的多個層中的一部分層的情況。例如，島302不具備隧道結層85的一部分或全部、p陽極層86、發光層87、n陰極層88。
另外，多個島包括不具備層的一部分的情況。例如，島302具備p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84，但僅具備n陰極層84的一部分。
其次，利用圖6的(a)對發光芯片c的平面布局進行說明。
在島301中設置有置位晶閘管s1和發光二極管led1。在島302中設置有傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1。在島303中設置有電源線電阻rg1。在島304中設置有啟動二極管sd。在島305中設置有限流電阻r1、在島306中設置有限流電阻r2。
并且，在發光芯片c中，并列地形成多個與島301、302、303同樣的島。在這些島中，置位晶閘管s2、s3、s4、…、發光二極管led2、led3、led4、…、傳輸晶閘管t2、t3、t4、…、耦合二極管d2、d3、d4、…等與島301、302、303同樣地進行設置。
此處，通過圖6的(a)、圖6的(b)對島301～島306進行詳細說明。
如圖6的(a)所示，在島301中設置有置位晶閘管s1和發光二極管led1。
置位晶閘管s1由p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84構成。并且，將在通過去除n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85、n陰極層84而露出的p柵極層83上設置的p型歐姆電極331(p-歐姆電極331)作為柵極gs1的電極(有時記為柵極端子gs1)。
另一方面，發光二極管led1由p陽極層86、發光層87、n陰極層88構成。發光二極管led1隔著隧道結層85而層疊在置位晶閘管s1的n陰極層84上。并且，將設置在n陰極層88(區域311)上的n型歐姆電極321(n-歐姆電極321)作為陰極電極。
另外，在p陽極層86中包含電流狹窄層86b(參照后述的圖7)。電流狹窄層86b是為了將流過發光二極管led的電流限制在發光二極管led的中央部而設置的。即，在發光二極管led的周邊部，由于平臺蝕刻所引起的缺陷多。因此，容易引起非發光復合。于是，按照發光二極管led的中央部成為容易流過電流的電流通過部α、周邊部成為不容易流過電流的電流阻止部β的方式來設置電流狹窄層86b。如圖6的(a)的發光二極管led1所示，虛線的內側為電流通過部α、虛線的外側為電流阻止部β。
為了從發光二極管led1的中央部取出光，n-歐姆電極321按照中央部為開口的方式被設置在發光二極管led1的周邊部。
另外，關于電流狹窄層86b在下文敘述。
由于在設置電流狹窄層86b時可抑制非發光復合中所消耗的電力，因而低消耗電力化和光取出效率提高。另外，光取出效率是指在每單位電力時能夠取出的光量。
在島302中設置傳輸晶閘管t1、耦合二極管d1。
傳輸晶閘管t1由p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84構成。即，將在通過去除n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85而露出的n陰極層84(區域313)上或隧道結層85的n++層85a上設置的n-歐姆電極323作為陰極端子。另外，可以不去除隧道結層85的n++層85a而在隧道結層85的n++層85a上設置n-歐姆電極323。此外，將在通過除去n陰極層84而露出的p柵極層83上設置的p-歐姆電極332作為柵極gt1的端子(有時記為柵極端子gt1)。
同樣地，設置在島302的耦合二極管d1由p柵極層83、n陰極層84構成。即，將在通過去除n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85中的一部分或全部而露出的n陰極層84(區域314)上設置的n-歐姆電極324作為陰極端子。另外，可以不去除隧道結層85的n++層85a而在隧道結層85的n++層85a上設置n-歐姆電極324。此外，將在通過去除n陰極層84而露出的p柵極層83上設置的p-歐姆電極332作為陽極端子。在此，耦合二極管d1的陽極端子與柵極gt1(柵極端子gt1)相同。
在島303中設置的電源線電阻rg1由p柵極層83構成。在此，將在通過去除n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85、n陰極層84而露出的p柵極層83上設置的p-歐姆電極333與p-歐姆電極334之間的p柵極層83設為電阻。
在島304中設置的啟動二極管sd由p柵極層83、n陰極層84構成。即，將在通過去除n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85而露出的n陰極層84(區域315)上設置的n-歐姆電極325作為陰極端子。另外，可以不去除隧道結層85的n++層85a而在隧道結層85的n++層85a上設置n-歐姆電極325。此外，將在通過去除n陰極層84而露出的p柵極層83上設置的p-歐姆電極335作為陽極端子。
在島305中設置的限流電阻r1、在島306中設置的限流電阻r2與在島303中設置的電源線電阻rg1同樣地設置，分別將兩個p-歐姆電極(沒有附圖標記)間的p柵極層83作為電阻。
在圖6的(a)中，對各元件間的連接關系進行說明。
點亮信號線75具備主干部75a和多個分支部75b。主干部75a按照在發光二極管led的列方向延伸的方式設置。分支部75b從主干部75a分支出，與島301中設置的作為發光二極管led1的陰極端子的n-歐姆電極321連接。其他發光二極管led的陰極端子也是同樣的。
點亮信號線75與設置在發光二極管led1側的
第一傳輸信號線72與島302中設置的作為傳輸晶閘管t1的陰極端子的n-歐姆電極323連接。第一傳輸信號線72與設置在與島302同樣的島中的其他奇數編號的傳輸晶閘管t的陰極端子連接。第一傳輸信號線72經由設置在島305中的限流電阻r1與
另一方面，第二傳輸信號線73與設置在沒有附圖標記的島中的作為偶數編號的傳輸晶閘管t的陰極端子的n-歐姆電極(沒有附圖標記)連接。第二傳輸信號線73經由設置在島306中的限流電阻r2與
電源線71與作為設置在島303中的電源線電阻rg1的一個端子的p-歐姆電極334連接。其他電源線電阻rg的一個端子也與電源線71連接。電源線71與vga端子連接。
并且，設置在島301中的發光二極管led1的p-歐姆電極331(柵極端子gs1)經連接布線76連接到島302的p-歐姆電極332(柵極端子gt1)。
并且，p-歐姆電極332(柵極端子gt1)經連接布線77連接到島303的p-歐姆電極333(電源線電阻rg1的另一個端子)。
設置在島302中的n-歐姆電極324(耦合二極管d1的陰極端子)經連接布線79連接到作為相鄰的傳輸晶閘管t2的柵極端子gt2的p型歐姆電極(沒有附圖標記)。
對于其他發光二極管led、置位晶閘管s、傳輸晶閘管t、耦合二極管d等也是同樣的，但在此省略說明。
島302的p-歐姆電極332(柵極端子gt1)經連接布線78連接到設置在島304中的n-歐姆電極325(啟動二極管sd的陰極端子)。p-歐姆電極335(啟動二極管sd的陽極端子)連接到第二傳輸信號線73。
另外，上述的連接和結構為使用p型襯底80時的連接和結構，在使用n型襯底的情況下，極性相反。另外，在使用i型襯底的情況下，在襯底的設有傳輸部101和發光部102的一側設置與供給基準電位vsub的電源線200a連接的端子。并且，連接以及結構與使用p型襯底的情況、使用n型襯底的情況中的任一情況是同樣的。
(置位晶閘管s與發光二極管led的層疊結構)
圖7是置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。另外，圖中省略光射出口保護層89和保護層90。在下文中相同。
如上所述，在置位晶閘管s上經隧道結層85層疊發光二極管led。即，置位晶閘管s與發光二極管led串聯連接。
置位晶閘管s由p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84構成。即為pnpn的4層結構。
隧道結層85由高濃度添加(摻雜)了n型雜質(摻雜劑)的n++層85a和高濃度添加了p型雜質的p++層85b構成。
發光二極管led由p陽極層86、發光層87、n陰極層88構成。另外，發光層87為阱(well)層與勢壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結構。另外，發光層87也可以為未添加雜質的本質(i)層。另外，發光層87可以為量子阱結構以外，例如可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點)。
并且，p陽極層86由層疊的下側p層86a、電流狹窄層86b和上側p層86c構成。電流狹窄層86b由電流通過部α和電流阻止部β構成。如圖6的(a)所示，電流通過部α設置在發光二極管led的中央部，電流阻止部β設置在發光二極管led的周邊部。
<隧道結層85>
圖8是進一步說明置位晶閘管s與發光二極管led的層疊結構的圖。圖8的(a)是置位晶閘管s與發光二極管led的層疊結構中的示意性能帶圖，圖8的(b)是隧道結層85的反向偏壓狀態下的能帶圖，圖8的(c)示出隧道結層85的電流電壓特性。
如圖8的(a)的能帶圖所示，在圖7的n-歐姆電極321與背面電極91之間按照發光二極管led和置位晶閘管s呈正向偏壓的方式施加電壓時，隧道結層85的n++層85a與p++層85b之間呈反向偏壓。
隧道結層85(隧道結)是高濃度添加了n型雜質的n++層85a與高濃度添加了p型雜質的p++層85b的接合。因此，在耗盡區的寬度窄、被正向偏壓時，電子從n++層85a側的傳導帶(conductionband)隧穿到p++層85b側的價電子帶(valenceband)。此時，表現出負性電阻特性。
另一方面，如圖8的(b)所示，在隧道結層85(隧道結)呈反向偏壓(-v)時，p++層85b側的價電子帶(valenceband)的電位ev高于n++層85a側的傳導帶(conductionband)的電位ec。并且，電子從p++層85b的價電子帶(valenceband)隧穿到n++層85a側的傳導帶(conductionband)。并且，反向偏壓電壓(-v)越增加，電子越容易隧穿。即，如圖8的(c)所示，隧道結層85(隧道結)在反向偏壓時容易流過電流。
從而，如圖8的(a)所示，在置位晶閘管s導通時，即使隧道結層85為反向偏壓，電流也流過置位晶閘管s與發光二極管led之間。由此，發光二極管led發光(點亮)。
在此，置位晶閘管s成為所連接的傳輸晶閘管t導通而成為導通狀態時能夠轉移至導通狀態的狀態。并且，在點亮信號
<晶閘管>
接著對晶閘管(傳輸晶閘管t、置位晶閘管s)的基本動作進行說明。如上所述，晶閘管為具有陽極端子(陽極)、陰極端子(陰極)、柵極端子(柵極)這三個端子的半導體元件，例如為將基于gaas、gaalas、alas等的p型半導體層(p陽極層81、p柵極層83)、n型半導體層(n柵極層82、n陰極層84)層疊在襯底80上而成的結構。即，晶閘管呈pnpn結構。在此將由p型半導體層和n型半導體層構成的pn結的正向電位(擴散電位)vd為1.5v作為一例進行說明。
在下文中，作為一例，對于供給到作為vsub端子的背面電極91(參照圖5、圖6)的基準電位vsub為0v的高電平電位(下文中記為“h”)、供給到vga端子的電源電位vga為-3.3v的低電平電位(下文中記為“l”)來進行說明。
晶閘管的陽極設為供給到背面電極91的基準電位vsub(“h”(0v))。
對于在陽極與陰極之間不流過電流的截止狀態的晶閘管，當低于閾值電壓的電位(絕對值更高的負電位)被施加到陰極時，切換到導通狀態(導通)。此處，晶閘管的閾值電壓是從柵極的電位減去pn結的正向電位vd(1.5v)而得到的值。
在成為導通狀態時，晶閘管的柵極的電位接近陽極端子的電位。在此，由于陽極被設定成基準電位vsub(“h”(0v))，因而柵極呈0v(“h”)。另外，導通狀態的晶閘管的陰極的電位接近從陽極的電位減去pn結的正向電位vd(1.5v)而得到的電位。在此，由于陽極被設定成基準電位vsub(“h”(0v))，因而導通狀態的晶閘管的陰極的電位接近-1.5v(絕對值大于1.5v的負電位)。另外，陰極的電位根據與向導通狀態的晶閘管供給電流的電源的關系來設定。
對于導通狀態的晶閘管來說，在陰極的電位高于為了維持導通狀態所需要的電位(接近上述-1.5v的電位)時(陰極的電位為絕對值小的負電位、0v或正電位)，導通狀態的晶閘管切換到截止狀態(截止)。
另一方面，在對導通狀態的晶閘管的陰極繼續施加電位且所施加的電位低于為了維持導通狀態所需要的電位(繼續施加的電位為絕對值較大的負電位)、供給可維持導通狀態的電流(維持電流)時，晶閘管維持導通狀態。
置位晶閘管s與發光二極管led層疊，進行串聯連接。由此，施加到置位晶閘管s的陰極(n陰極層84)的電壓是點亮信號
另外，根據發光波長和光量的不同，施加至發光二極管led的電壓會發生變化，此時調整點亮信號
另外，由于晶閘管由gaas等半導體構成，因而在導通狀態下，在n柵極層82與p柵極層83之間會發光。另外，晶閘管所射出的光量由陰極的面積和流過陰極與陽極之間的電流來確定。從而，在不利用由晶閘管發出的光的情況下、例如在傳輸晶閘管t中，使陰極的面積減小、或者通過電極(傳輸晶閘管t1的n-歐姆電極323)等遮光，從而可以抑制不需要的光。
(發光裝置65的動作)
接著對發光裝置65的動作進行說明。
如上所述，發光裝置65具備發光芯片c1～c40(參照圖3、4)。
由于發光芯片c1～c40被并行地驅動，因而說明發光芯片c1的動作即足矣。
<時序圖>
圖9為說明發光裝置65和發光芯片c的動作的時序圖。
圖9中示出了對于發光芯片c1的發光二極管led1～led5這五個發光二極管led的點亮或不點亮進行控制(記為點亮控制)的部分的時序圖。另外，在圖9中，發光芯片c1的發光二極管led1、led2、led3、led5被點亮、發光二極管led4被熄滅(不點亮)。
在圖9中，設時間從時間a到時間k按照字母順序經過。發光二極管led1在時段t(1)中被控制成點亮或不點亮(點亮控制)，發光二極管led2在時段t(2)中被控制成點亮或不點亮(點亮控制)，發光二極管led3在時段t(3)中被控制成點亮或不點亮(點亮控制)，發光二極管led4在時段t(4)中被控制成點亮或不點亮(點亮控制)。下文中，對編號為5以上的發光二極管led按照同樣的地方式進行點亮控制。
在此，設時段t(1)、t(2)、t(3)、…為相同長度的時段，在不彼此區分時稱為時段t。
發送到
在下文中，有時將“h”(0v)和“l”(-3.3v)省略為“h”和“l”。
關于第一傳輸信號
關于第二傳輸信號
若對第一傳輸信號
如以下說明，第一傳輸信號
接著，對于發送到發光芯片c1的
在此，在對于發光芯片c1的發光二極管led1進行點亮控制的時段t(1)中說明點亮信號
參照圖4、圖5，按照圖9所示的時序圖對發光裝置65和發光芯片c1的動作進行說明。另外，在下文中，對于點亮控制發光二極管led1、led2的時段t(1)、t(2)進行說明。
(1)時間a
<發光裝置65>
在時間a，發光裝置65的信號發生電路110的基準電位供給部160的基準電位vsub被設定為“h”(0v)。電源電位供給部170的電源電位vga被設定為“l”(-3.3v)。這樣，發光裝置65的電路基板62上的電源線200a呈基準電位vsub的“h”(0v)，發光芯片c1～c40各自的vsub端子呈“h”。同樣地，電源線200b呈電源電位vga的“l”(-3.3v)，發光芯片c1～c40各自的vga端子呈“l”(參照圖4)。由此，發光芯片c1～c40各自的電源線71呈“l”(參照圖5)。
并且，信號發生電路110的傳輸信號發生部120的第一傳輸信號
此外，信號發生電路110的點亮信號發生部140的點亮信號
<發光芯片c1>
傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的陽極端子與vsub端子連接，因而被設定為“h”。
奇數編號的傳輸晶閘管t1、t3、t5、…各自的陰極與第一傳輸信號線72連接，被設定為“h”(0v)。偶數編號的傳輸晶閘管t2、t4、t6、…各自的陰極與第二傳輸信號線73連接，被設定為“h”。由此，由于傳輸晶閘管t的陽極和陰極均為“h”，因而傳輸晶閘管t成為截止狀態。
發光二極管led的陰極端子與“h”(0v)的點亮信號線75連接。即，發光二極管led與置位晶閘管s經由隧道結層85串聯連接。由于發光二極管led的陰極為“h”、置位晶閘管s的陽極為“h”，因而發光二極管led和置位晶閘管s成為截止狀態。
柵極gt1如上所述與啟動二極管sd的陰極連接。柵極gt1經由電源線電阻rg1與電源電位vga(“l”(-3.3v))的電源線71連接。并且，啟動二極管sd的陽極端子與第二傳輸信號線73連接，經由限流電阻r2與“h”(0v)的
另外，由于柵極gt為柵極gs，因而柵極gs的電位與柵極gt的電位相同。從而，傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的閾值電壓為從柵極gt、gs的電位減去pn結的正向電位vd(1.5v)而得到的值。即，傳輸晶閘管t1、置位晶閘管s1的閾值電壓為-3v，傳輸晶閘管t2、置位晶閘管s2的閾值電壓為-4.5v，編號為3以上的傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的閾值電壓為-4.8v。
(2)時間b
在圖9所示的時間b，第一傳輸信號
第一傳輸信號
通過使傳輸晶閘管t1導通，第一傳輸信號線72的電位為從陽極的電位(“h”(0v))減去pn結的正向電位vd(1.5v)而得到的-1.5v。
在傳輸晶閘管t1導通時，柵極gt1/gs1的電位為“h”(0v)，是傳輸晶閘管t1的陽極的電位。并且，柵極gt2(柵極gs2)的電位為-1.5v，柵極gt3(柵極gs3)的電位為-3v，編號為4以上的柵極gt(柵極gl)的電位為“l”。
由此，置位晶閘管s1的閾值電壓為-1.5v，傳輸晶閘管t2、置位晶閘管s2的閾值電壓為-3v，傳輸晶閘管t3、置位晶閘管s3的閾值電壓為-4.5v，編號為4以上的傳輸晶閘管t、置位晶閘管s的閾值電壓為-4.8v。
但是，由于第一傳輸信號線72通過導通狀態的傳輸晶閘管t1而呈-1.5v，因而截止狀態的奇數編號的傳輸晶閘管t不導通。由于第二傳輸信號線73為“h”(0v)，因而偶數編號的傳輸晶閘管t不導通。由于點亮信號線75為“h”(0v)，因而任一個發光二極管led均不點亮。
在緊接時間b之后(此處是指由于在時間b信號電位變化而使晶閘管等發生變化之后處于穩定狀態時)，傳輸晶閘管t1成為導通狀態，其他傳輸晶閘管t、置位晶閘管s、發光二極管led成為截止狀態。
(3)時間c
在時間c，點亮信號
在點亮信號
在緊接時間c之后，傳輸晶閘管t1、置位晶閘管s1成為導通狀態，發光二極管led1點亮(發光)。
(4)時間d
在時間d，點亮信號
點亮信號
在緊接時間d之后，傳輸晶閘管t1成為導通狀態。
(5)時間e
在時間e，第二傳輸信號
第二傳輸信號
在緊接時間e之后，傳輸晶閘管t1、t2成為導通狀態。
(6)時間f
在時間f，第一傳輸信號
第一傳輸信號
在緊接時間f之后，傳輸晶閘管t2成為導通狀態。
(7)其他
在時間g，點亮信號
并且，在時間h，點亮信號
此外，在時間i，第一傳輸信號
之后重復進行至此說明的動作。
另外，在發光二極管led不被點亮(發光)而保持熄滅(不點亮)時，像圖9的點亮控制發光二極管led4的時段t(4)中從時間j到時間k所示出的點亮信號
如以上所說明，傳輸晶閘管t的柵極端子gt通過耦合二極管d而相互連接。從而，在柵極gt的電位變化時，經由正向偏壓的耦合二極管d與電位發生了變化的柵極gt連接的柵極gt的電位發生變化。并且，具有電位發生了變化的柵極的傳輸晶閘管t的閾值電壓發生變化。在傳輸晶閘管t的閾值電壓高于“l”(-3.3v)(絕對值小的負值)時，傳輸晶閘管t在第一傳輸信號
并且，由于柵極gs與導通狀態的傳輸晶閘管t的柵極gt連接的置位晶閘管s的閾值電壓為-1.5v，因而點亮信號
即，通過使傳輸晶閘管t成為導通狀態，指定作為點亮控制對象的發光二極管led，“lo”(-5v)的點亮信號
另外，“h”(0v)的點亮信號
如此，根據圖像數據設定點亮信號
(發光芯片c的制造方法)
對發光芯片c的制造方法進行說明。在此，利用圖7所示的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的剖面圖進行說明。
圖10是說明發光芯片c的制造方法的圖。圖10的(a)是半導體層疊體形成工序，圖10的(b)是n-歐姆電極321和光射出口保護層89形成工序，圖10的(c)是露出隧道結層85的蝕刻工序，圖10的(d)是電流狹窄層86b中的電流阻止部β形成工序，圖10的(e)是露出p柵極層83的蝕刻工序，圖10的(f)是p-歐姆電極331和背面電極91形成工序。
另外，在圖10的(a)～(f)中，有時將多個工序匯總來表示。
下面依序進行說明。
在圖10的(a)所示的半導體層疊體形成工序中，在p型襯底80上依序外延生長p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結層85、p陽極層86、發光層87、n陰極層88，形成半導體層疊體。
在此，襯底80以p型gaas為例進行說明，但襯底80也可以為n型gaas、不添加雜質的本質(i)gaas。另外，還可以為inp、gan、inas、藍寶石、si等。在變更襯底的情況下，在襯底上進行單片層疊的材料使用與襯底的晶格常數大致匹配(包括應變結構、應變緩和層、變質生長(メタモルフィック成長))的材料。作為一例，在inas襯底上使用inas、inassb、gainassb等，在inp襯底上使用inp、ingaasp等，在gan襯底上或藍寶石襯底上使用gan、algan、ingan，在si襯底上使用si、sige、gap等。其中，結晶生長后粘貼在其他支持襯底上的情況下，半導體材料與支持襯底不必大致晶格匹配。
p陽極層81是例如雜質濃度為1×1018/cm3的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
n柵極層82是例如雜質濃度為1×1017/cm3的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
p柵極層83是例如雜質濃度為1×1017/cm3的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
n陰極層84是例如雜質濃度為1×1018/cm3的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
隧道結層85由高濃度添加了n型雜質的n++層85a和高濃度添加了n型雜質的p++層85b的接合(參照圖10的(b))構成。n++層85a和p++層85b的雜質濃度例如為1×1020/cm3的高濃度。另外，結的雜質濃度通常為1017/cm3～1018/cm3。n++層85a與p++層85b的組合(下文中記為n++層85a/p++層85b)例如為n++gainp/p++gaas、n++gainp/p++algaas、n++gaas/p++gaas、n++algaas/p++algaas、n++ingaas/p++ingaas、n++gainasp/p++gainasp、n++gaassb/p++gaassb。另外，組合也可以相互變更。
p陽極層86通過依序層疊下側p層86a、電流狹窄層86b、上側p層86c來構成(參照圖10的(c))。
下側p層86a、上側p層86c例如是雜質濃度例如為1×1018/cm3的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
電流狹窄層86b例如是alas或al的雜質濃度高的p型algaas。al被氧化而形成al2o3，從而使電阻增高，可以使電流路徑變窄。
發光層87是阱(well)層與勢壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結構。阱層例如為gaas、algaas、ingaas、gaasp、algainp、gainasp、gainp等，勢壘層為algaas、gaas、gainp、gainasp等。另外，發光層87可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點)。
n陰極層88是例如雜質濃度為1×1018/cm3的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
這些半導體層通過例如有機金屬氣相生長法(mocvd：metalorganicchemicalvapordeposition)、分子束外延法(mbe：molecularbeamepitaxy)等進行層疊，形成半導體層疊體。
在圖10的(b)所示的n-歐姆電極321和光射出口保護層89形成工序中，首先在n陰極層88上形成n-歐姆電極321。
n-歐姆電極321為包含例如容易與n陰極層88等n型半導體層取得歐姆接觸的ge的au(auge)等。
并且，n-歐姆電極321通過例如剝離法等來形成。
其次，在被n-歐姆電極321包圍的光射出開口上通過對射出的光具有透光性的材料形成光射出口保護層89。
光射出口保護層89例如為sio2、sion、sin等。
并且，光射出口保護層89通過例如剝離法等來形成。
在圖10的(c)所示的露出隧道結層85的蝕刻工序中，在發光二極管led的周圍，隧道結層85上的n陰極層88、發光層87、p陽極層86通過蝕刻被除去。
該蝕刻可以為使用硫酸系蝕刻液(重量比為硫酸：雙氧水：水＝1：10：300)等進行的濕蝕刻，也可以通過例如使用氯化硼等的各向異性干蝕刻(rie)來進行蝕刻。
在圖10的(d)所示的電流狹窄層86b中的電流阻止部β形成工序中，將通過露出隧道結層85的蝕刻工序而露出了側面的電流狹窄層86b從側面起進行氧化，形成阻止電流的電流阻止部β。未被氧化而殘留的部分成為電流通過部α。
電流狹窄層86b的從側面起進行的氧化例如可以通過在300～400℃的水蒸氣氧化使alas、algaas等電流狹窄層86b的al被氧化。此時，氧化從露出的側面起進行，在發光二極管led的周圍利用作為al的氧化物的al2o3形成電流阻止部β。
另外，電流阻止部β也可以不通過氧化而通過氧離子(o+)的注入(離子注入)來形成。即，在形成電流狹窄層86b后，可以在形成了上側p層86c之后等在設為電流阻止部β的部分注入o+，從而形成電流阻止部β。
在圖10的(e)所示的露出p柵極層83的蝕刻工序中，對隧道結層85和n陰極層84進行蝕刻，使p柵極層83露出。
該蝕刻可以為使用硫酸系蝕刻液(重量比為硫酸：雙氧水：水＝1：10：300)進行的濕蝕刻，也可以通過例如使用氯化硼的各向異性干蝕刻來進行。
另外，在圖10的(c)所示的露出隧道結層85的蝕刻工序中，在不露出隧道結層85而露出p柵極層83時，在圖10的(d)中的電流阻止部β形成工序中，p柵極層83所含有的al可能被氧化。因此，若p柵極層83所含有的al被氧化，則表面粗糙不平、或者后述的p-歐姆電極331的接合性變差。因此，在露出隧道結層85的狀態下進行電流阻止部β形成工序。
在圖10的(f)所示的p-歐姆電極331和背面電極91形成工序中，首先在p柵極層83上形成p-歐姆電極331。
p-歐姆電極331為包含例如容易與p柵極層83等p型半導體層取得歐姆接觸的zn的au(auzn)等。
并且，p-歐姆電極331通過例如剝離法等來形成。此時，可以同時形成其他p-歐姆電極。
其次，在襯底80的背面形成背面電極91。
背面電極91與p-歐姆電極331同樣地為例如auzn。
除此之外，還包括形成保護層90的工序、在保護層90上形成通孔的工序、形成布線75的工序等。
在上文中說明了在置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301中的發光芯片c的制造方法。
包含傳輸晶閘管t、耦合二極管d、電源線電阻rg、限流電阻r1、r2的島302～306通過在上述工序中加上露出n陰極層84的表面的工序和形成n-歐姆電極323、324、325的工序來形成。
另外，在上文中，在p柵極層83中設置p-歐姆電極331而作為置位晶閘管s的柵極端子gs，但也可以在n柵極層82中設置而作為置位晶閘管s的柵極端子。
如上文所說明，第一實施方式的發光芯片c中，使置位晶閘管s與發光二極管led進行層疊。由此，發光芯片c為通過傳輸晶閘管t和置位晶閘管s順序點亮發光二極管led的自掃描型。由此，發光芯片c中設置的端子數減少，發光芯片c和發光裝置65小型化。
有時在置位晶閘管s上不設置發光二極管led而將置位晶閘管s用作發光元件。即，有時使用置位晶閘管s的導通狀態下的n柵極層82與p柵極層83的接合的發光。這種情況下，不能分別(獨立)設定傳輸特性和發光特性。因此，難以謀求驅動的高速化、光的高輸出化、高效率化、低消耗電力化、低成本化等。
例如，作為發光元件使用晶閘管(置位晶閘管s)，射出780nm的光。這種情況下，在使用algaas來構成量子阱結構時，al組分為30％。這種情況下，在進行露出柵極蝕刻時，al被氧化，無法形成柵極端子。
與此相對，在第一實施方式中，通過發光二極管led進行發光，通過傳輸晶閘管t和置位晶閘管s進行傳輸。將發光和傳輸分離。置位晶閘管s不需要發光。從而，可將發光二極管led作為量子阱結構，提高發光特性等，同時可提高基于傳輸晶閘管t和置位晶閘管s的傳輸特性等。即，可分別(獨立)設定發光部102的發光二極管led與傳輸部101的傳輸晶閘管t和置位晶閘管s。由此，容易謀求驅動的高速化、光的高輸出化、高效率化、低消耗電力化、低成本化等。
另外，在第一實施方式中，發光二極管led與置位晶閘管s隔著隧道結層85而層疊。這種情況下，發光二極管led在隧道結層85中呈反向偏壓，但即使隧道結為反向偏壓狀態，也具有電流流通的特性。
另外，若不設置隧道結層85，則發光二極管led與置位晶閘管s之間的接合呈反向偏壓。因此，為了在發光二極管led與置位晶閘管s中流通電流，要施加擊穿反向偏壓的接合的電壓。即，驅動電壓變高。
即，通過使發光二極管led與置位晶閘管s隔著隧道結層85而層疊，與不隔著隧道結層85的情況相比，將驅動電壓抑制在低值。
另外，置位晶閘管s也可以發光。通過使由置位晶閘管s發出的光與由發光二極管led發出的光疊加來取出，光量增加。
另外，設置在發光二極管led的p陽極層86的電流狹窄層86b也可以設置在發光二極管led的n陰極層88。
下面對第一實施方式的發光芯片c的變形例進行說明。在以下所示的變形例中，發光芯片c的島301中的置位晶閘管s與發光二極管led的層疊部分不同。其他結構與至此說明的發光芯片c是同樣的，因而對不同的部分進行說明，省略同樣部分的說明。
(第一實施方式的發光芯片c的變形例1-1)
圖11是對變形例1-1進行說明的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例1中，電流狹窄層(變形例1-1中為電流狹窄層81b)不設于p陽極層86而設于p陽極層81。即，p陽極層81由下側p層81a、電流狹窄層81b、上側p層81c構成。其他結構與第一實施方式的發光芯片c相同。
另外，變形例1-1通過變更圖10所示的第一實施方式的發光芯片c的制造方法來制造。即，由于在p陽極層81中設置電流狹窄層81b，因此在應用圖10所示的第一實施方式的發光芯片c的制造方法中不需要圖10的(c)的露出隧道結層85的蝕刻工序、圖10的(d)的電流阻止部β形成工序。即，在圖10的(e)的露出p柵極層83的蝕刻工序中，蝕刻n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85、n陰極層84即可。
在變形例1的發光芯片c中，由于電流在發光二極管led的中央部的電流通過部α的流通受到限制，因而可抑制非發光復合中所消耗的電力，低消耗電力化和光取出效率提高。
另外，設置在置位晶閘管s的p陽極層81中的電流狹窄層81b也可以設置在置位晶閘管s的n陰極層84中。
(第一實施方式的發光芯片c的變形例1-2)
圖12是說明變形例1-2的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例1-2中，不設置電流狹窄層86b，而在與電流通過部α相應的部分設置隧道結層85。其他結構與第一實施方式的發光芯片c相同。
如上所述，隧道結層85在反向偏壓狀態下容易流通電流。但是，在不是隧道結的n陰極層84與p陽極層86的接合中，在不發生擊穿的反向偏壓狀態下不容易流通電流。
從而，在與電流通過部α相應的部分設置隧道結層85時，流過發光二極管led的電流被限制在中央部。
另外，變形例1-2的發光芯片c通過變更圖10所示的第一實施方式的發光芯片c的制造方法來制造。即，在圖10的(a)中，在襯底80上依序外延生長p陽極層81、n柵極層82、p柵極層83、n陰極層84、隧道結層85。其后，除去成為電流阻止部β的部分的隧道結層85，留下成為電流通過部α的部分的隧道結層85。其后層疊p陽極層86來包埋留下的隧道結層85的周圍。并且依序外延生長發光層87、n陰極層88。另外，也可以不利用p陽極層86而利用n陰極層84來包埋留下的隧道結層85的周圍。
在變形例1-2的發光芯片c中，與變形例1的發光芯片c同樣地，不需要圖10的(c)的露出隧道結層85的蝕刻工序、圖10的(d)的電流阻止部β形成工序。并且，在圖10的(e)的露出p柵極層83的蝕刻工序中，蝕刻n陰極層88、發光層87、p陽極層86、隧道結層85、n陰極層84即可。
變形例1-2的發光芯片c可以在使用難以應用水蒸氣氧化的半導體材料的情況下應用。
[第二實施方式]
在第二實施方式的發光芯片c中，發光層87被夾在兩個分布布拉格反射層(dbr：distributedbraggreflector)(下文中記為dbr層)之間。dbr層將設有折射率差的半導體層多層層疊來構成。并且，dbr層被構成為對于發光二極管led射出的光進行反射。
除了發光芯片c中的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301以外的其他結構與第一實施方式相同。因而對不同的部分進行說明，省略同樣部分的說明。
圖13是第二實施方式的發光芯片c的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。
第二實施方式的發光芯片c中，p陽極層86和n陰極層88以dbr層的形式構成。p陽極層86包含電流狹窄層86b。即，p陽極層86中，下側p層86a、電流狹窄層86b、上側p層86c依序層疊，下側p層86a、上側p層86c以dbr層的形式構成。
另外，有時將下側p層86a、上側p層86c、n陰極層88記為下側p(dbr)層86a、上側p(dbr)層86c、n(dbr)陰極層88。
dbr層由例如al0.9ga0.1as這樣的高al組分的低折射率層與例如al0.2ga0.8as這樣的低al組分的高折射率層的組合來構成。低折射率層和高折射率層各自的膜厚(光程長)被設定為例如中心波長的0.25(1/4)。另外，低折射率層與高折射率層的al組分比可以在0～1的范圍變更。
另外，電流狹窄層86b的膜厚(光程長)根據所采用的結構來確定。在重視取出效率和處理再現性的情況下，設定為構成dbr層的低折射率層和高折射率層的膜厚(光程長)的整數倍即可，例如設定為中心波長的0.75(3/4)。另外，在奇數倍的情況下，電流狹窄層86b可以夾在高折射率層與高折射率層之間。另外，在偶數倍的情況下，電流狹窄層86b可以夾在高折射率層與低折射率層之間。即，電流狹窄層86b按照可抑制dbr層所致的折射率周期的紊亂的方式進行設置即可。反之，在希望降低被氧化的部分的影響(折射率或應變)的情況下，電流狹窄層86b的膜厚優選為數十納米，優選將電流狹窄層86b插入到在dbr層內確立的駐波的波節部分。
第二實施方式的發光芯片c通過對于第一實施方式中的圖10所示的制造方法進行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導體層疊體形成工序中，將p陽極層86的下側p層86a和上側p層86c、n陰極層88形成為dbr層的形式。另外，p陽極層86的下側p層86a或上側p層86c或n陰極層88的一部分等半導體層的一部分可以為dbr層的形式。其他情況也是同樣的。
p(dbr)陽極層86和n(dbr)陰極層88構成諧振器(空腔諧振器)，發光層87射出的光通過諧振而增強并被輸出。即，在第二實施方式的發光芯片c中，在置位晶閘管s上層疊諧振型的發光二極管led(晶閘管上的諧振腔發光二極管)。
由于設有電流狹窄層86b，因而非發光復合中消耗的電力受到抑制，低消耗電力化和光取出效率提高。
另外，在第二實施方式的發光芯片c中，置位晶閘管s發出的光被p(dbr)陽極層86反射，因而取出受到抑制。
第二實施方式的發光芯片c如第一實施方式中所說明，根據圖9的時序圖而動作。
另外，設置在發光二極管led的p陽極(dbr)層86中的電流狹窄層86b可以設置在發光二極管led的n陰極(dbr)層88中，也可以設置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。
下面對第二實施方式的發光芯片c的變形例進行說明。在以下示出的變形例中，將發光芯片c的島301中的置位晶閘管s與發光二極管led的層疊的部分不同。其他結構與至此說明的發光芯片c相同，因而省略同樣部分的說明，對不同的部分進行說明。
(第二實施方式的發光芯片c的變形例2-1)
圖14是說明變形例2-1的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例2-1中，使圖13所示的發光芯片c的p(dbr)陽極層86不為dbr層而為p陽極層86，作為代替，使p陽極層81為dbr層。從而，將p陽極層81記為p(dbr)陽極層81。其他結構與第二實施方式的發光芯片c相同。
在變形例2-1中，p(dbr)陽極層81與n(dbr)陰極層88構成諧振器(空腔諧振器)，發光層87射出的光通過諧振而增強并被輸出。另外，置位晶閘管s的n柵極層82與p柵極層83的接合處射出的光也通過諧振而增強并被輸出。即，由置位晶閘管s發出的光與由發光二極管led發出的光疊加而被取出。
變形例2-1的發光芯片c可以通過對第一實施方式中的圖10所示的制造方法進行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導體層疊體形成工序中，將p(dbr)陽極層81和n陽極(dbr)層88形成為dbr層的形式即可。
另外，設置在發光二極管led的p陰極層86中的電流狹窄層86b可以設置在發光二極管led的n陰極層88中，也可以設置在置位晶閘管s的p陽極(dbr)層81或n陰極層84中。
此外，可以與第一實施方式的發光芯片c的變形例1-2同樣地利用隧道結層85使電流路徑變窄。
(第二實施方式的發光芯片c的變形例2-2)
圖15是說明變形例2-2的置位晶閘管s與發光二極管led層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例2-2中，圖13所示的發光芯片c的n(dbr)陰極層88不為dbr層而為n陰極層88。其他結構與第二實施方式的發光芯片c相同。
在變形例2-2的發光芯片c中，在發光層87的下(襯底80)側設置p陽極(dbr)層86。在這種情況下，由于在n陰極層88與空氣的界面處得到30％的反射率，因而發光層87射出的光通過諧振而增強并被輸出。
另外，在從發光層87射出的光中，朝向襯底80側的光被反射，射向射出口側。由此，與p陽極層86不是dbr層的情況相比，光利用效率提高。
變形例2-2的發光芯片c可以通過對于第一實施方式中的圖10所示的制造方法進行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導體層疊體形成工序中，將p陽極層86的下側p層86a和上側p層86c形成為dbr層即可。
另外，設置在發光二極管led的p陽極(dbr)層中的電流狹窄層86b可以設置在發光二極管led的n陰極層88中，也可以設置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。
此外，可以與第一實施方式的發光芯片c的變形例1-2同樣地利用隧道結層85使電流路徑變窄。
[第三實施方式]
在第三實施方式的發光芯片c中，不適用第一實施方式和第二實施方式中的發光二極管led而使用激光二極管作為發光元件。
另外，除發光芯片c外，其他結構與第一實施方式相同。因而，對發光芯片c進行說明，省略相同部分的說明。
圖16是說明第三實施方式的搭載有自掃描發光元件陣列(sled)的發光芯片c的電路結構的等效電路圖。將第一實施方式中的圖5的發光二極管led1～led128更換為激光二極管ld1～ld128(在不區分的情況下，記為激光二極管ld)。其他結構與圖5中相同，因而省略說明。
另外，在第一實施方式中，在圖6所示的發光芯片c的平面布局圖和剖面圖中也將發光二極管led更換為激光二極管ld即可。因而省略第三實施方式的發光芯片c的平面布局圖和剖面圖。
在第三實施方式的發光芯片c中，將置位晶閘管s與激光二極管ld層疊(晶閘管上的激光二極管)。
激光二極管ld中，發光層87被兩個包層(下文中記為包層)夾在中間。包層是折射率大于發光層87的層。從發光層87射出的光在發光層87與包層的界面處被反射，光被關在發光層87內。并且，該光利用由發光層87的側面間構成的諧振器被諧振，發生激光振蕩。發光層87有時被記為活性層。
圖17是第三實施方式的發光芯片c的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。
發光芯片c中，p陽極層86由包含電流狹窄層86b的p型包層構成。即，p陽極層86中，下側p層86a、上側p層86c以包層的形式構成。并且，n陰極層88以包層的形式構成。另外，有時將下側p層86a、上側p層86c、n陰極層88記為下側p層(包層)86a、上側p層(包層)86c、n陰極層(包層)88。另外，有時將p陽極層86整體記為p陽極層(包層)86。
p陽極層(包層)86的下側p層(包層)86a、上側p層(包層)86c是例如雜質濃度為5×1017/cm3的p型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
n陰極層(包層)88是例如雜質濃度為5×1017/cm3的n型al0.9gaas。al組分可以在0～1的范圍變更。另外，可以為gainp等。
對p陽極層(包層)86、n陰極層(包層)88和發光層87進行設定，以使得由發光層87射出的光被關在p陽極層(包層)86與n陰極層(包層)88之間、并且在發光層87的側面(端面)間發生激光振蕩。這種情況下，光從發光層87的側面(端面)射出。
從而，n-歐姆電極321被設在n陰極層(包層)88上的整個面中。
另外，在圖17中，光的射出方向表示與y方向垂直的方向、即圖6的(a)所示的-x方向。該方向根據說明的便利性而不同，也可以向-y方向射出。另外，也可以經由鏡等而朝向垂直于襯底80的方向。對于其他發光芯片c和變形例也是同樣的。
并且，由于設置電流狹窄層86b而抑制非發光復合中所消耗的電力，因而低消耗電力化和光取出效率提高。
第三實施方式的發光芯片c通過對于第一實施方式中的圖10所示的制造方法進行部分變更來制造。即，在圖10的(a)的半導體層疊體形成工序中，p陽極層86的下側p層86a和上側p層86c形成為包層的形式。同樣地，n陰極層88形成為包層的形式。
第三實施方式的發光芯片c如第一實施方式中所說明，根據圖9的時序圖而動作。
另外，設置在激光二極管ld的p000陽極層(包層)86中的電流狹窄層86b可以設置在激光二極管ld的n陰極層(包層)88中、也可以設置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。
下面對第三實施方式的發光芯片c的變形例進行說明。在以下所示的變形例中，發光芯片c的島301中的置位晶閘管s與激光二極管ld的層疊部分不同。其他結構與至此說明的發光芯片c是同樣的，因而對不同的部分進行說明，省略同樣部分的說明。
(第三實施方式的發光芯片c的變形例3-1)
圖18是對變形例3-1進行說明的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例3-1中，與圖12所示的第一實施方式中的變形例1-2同樣地，不設置電流狹窄層86b，而在與電流通過部α相應的部分設置隧道結層85。其他結構與第一實施方式的發光芯片c相同。
如上所述，隧道結層85在反向偏壓狀態下容易流通電流。但是，在n陰極層84與p陽極層86的接合中，在不發生擊穿的反向偏壓狀態下不容易流通電流。
從而，在與電流通過部α相應的部分設置隧道結層85時，流過激光二極管ld的電流被限制在中央部。
變形例3-1與第一實施方式中的變形例1-2同樣地制造。另外，p陽極層86中的下側p層86a、上側p層86c以及n陰極層88形成為包層的形式即可。
(第三實施方式的發光芯片c的變形例3-2)
圖19是說明變形例3-2的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例3-2中，與第二實施方式的發光芯片c的變形例2-2同樣地，p陽極層(包層)86的下側p層(包層)86a和上側p層(包層)86c為dbr層形式。其他結構與第三實施方式的發光芯片c相同。
在與隧道結層85中使用的半導體材料的帶隙(bandcap)對應的波長大于發光波長時，到達隧道結層85的光被帶端吸收(バンド端吸収)而損失。因此，在變形例3-1中，在發光層87與隧道結層85之間設置dbr層，在與dbr層中發生的駐波的波節相應的位置設置隧道結層85。通過這樣做，由隧道結層85中使用的半導體材料所致的帶端吸收被大幅抑制。
變形例3-2與第二實施方式的發光芯片c的變形例2-2同樣地制造。另外，n陽極層(包層)88形成為包層的形式即可。
另外，設置在激光二極管ld的p陽極層(包層)86中的電流狹窄層86b可以設置在激光二極管ld的n陰極層(包層)88中、也可以設置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。
(第三實施方式的發光芯片c的變形例3-3)
圖20是說明變形例3-3的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例3-3中，不使用第三實施方式的發光芯片c中的電流狹窄層86b。作為代替，減小n陰極層(包層)88的表面積。其他結構與第一實施方式的發光芯片c相同。
這樣的結構與脊形波導相同。
通過這樣做，在激光二極管ld中流通的電流從n陰極層(包層)88開始流過。從而，如圖20所示，激光二極管ld的中央部成為電流通過區域(部)α′、周邊部成為電流阻止區域(部)β′。即，與使用電流狹窄層86b的第三實施方式的發光芯片c和在激光二極管ld的中央部使用隧道結層85的變形例3-1同樣地使電流路徑變窄。
變形例3-3通過變更圖10所示的第一實施方式的發光芯片c的制造方法來制造。由于不使用電流狹窄層86b，因而制造工序簡化。
另外，由于不使用電流狹窄層86b，因而在難以應用水蒸氣氧化的inp、gan、藍寶石等襯底上的半導體材料中容易應用。
(第三實施方式的發光芯片c的變形例3-4)
圖21是說明變形例3-4的置位晶閘管s與激光二極管ld層疊而成的島301的放大剖面圖。
在變形例3-4中，在變形例3-3的發光層87上設置n陰極層(包層)92，之后設置面積減小的n陰極層(包層)88。并且，與p陽極(包層)86同樣的p陽極層(包層)93被埋入到n陰極層(包層)88的周圍。其他結構與第一實施方式的發光芯片c相同。
由于n陰極層(包層)88和n陰極層(包層)92與p包層93形成pn結，因而電流被限制在n陰極層(包層)88側。從而，與設置電流狹窄層同樣地抑制非發光復合中所消耗的電力，低消耗電力化和光取出效率提高。
這樣的結構與埋入型波導相同。
關于變形例3-4，在變形例3-3形成n陰極層(包層)92和埋入用的p陽極層(包層)93即可。
另外，由于不使用電流狹窄層86b，因而在難以應用水蒸氣氧化的inp、gan、藍寶石等襯底上的半導體材料中容易應用。
[第四實施方式]
在第四實施方式的發光芯片c中，不使用第一實施方式和第二實施方式中的發光二極管led、第三實施方式中的激光二極管ld，而使用垂直諧振面發光激光器(vcsel：verticalcavitysurfaceemittinglaser)作為發光元件。
另外，除發光芯片c以外，其他結構與第一實施方式相同。從而，對發光芯片c進行說明，省略同樣部分的說明。
圖22是用于說明第四實施方式的搭載有自掃描發光元件陣列(sled)的發光芯片c的電路結構的等效電路圖。將第一實施方式中的圖5的發光二極管led1～led128更換為垂直諧振面發光激光器vcsel1～vcsel128(在不區分的情況下，記為垂直諧振面發光激光器vcsel)。其他結構與圖5中相同，因而省略說明。
另外，在第一實施方式中，在圖6所示的發光芯片c的平面布局圖和剖面圖中也將發光二極管led更換為垂直諧振面發光激光器vcsel即可。因而省略第四實施方式的發光芯片c的平面布局圖和剖面圖。
圖23是第四實施方式的發光芯片c的置位晶閘管s和垂直諧振面發光激光器vcsel層疊而成的島301的放大剖面圖。
將置位晶閘管s與垂直諧振面發光激光器vcsel層疊(晶閘管上的vcsel)。
基本構成與圖13所示的第二實施方式的發光芯片c相同，因而省略說明。
關于垂直諧振面發光激光器vcsel，在被兩個dbr層(p陽極(dbr)層86與n陰極(dbr)層88)夾在中間的發光層87中，光發生諧振并激光振蕩。兩個dbr層(p陽極(dbr)層86與n陰極(dbr)層88)的反射率例如達到99％以上時，發生激光振蕩。
在垂直諧振面發光激光器vcsel，在隧道結層85與發光層87之間具有p陽極(dbr)層86。因此，由于光未達到隧道結層85，因而隧道結層85的帶隙可以小于垂直諧振面發光激光器vcsel的振蕩波長。從而，隧道結層85能夠低電阻化。
第四實施方式的發光芯片c如第一實施方式中所說明，根據圖9的時序圖而動作。
另外，設置在垂直諧振面發光激光器vcsel的p陽極(dbr)層86中的電流狹窄層86b可以設置在垂直諧振面發光激光器vcsel的n陰極(dbr)層88中，也可以設置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。這種情況下，光以某一定量通過隧道結層85。并且，為了降低隧道結層85的光吸收，隧道結層85使用與帶隙對應的波長小于振蕩波長的材料、或者使膜厚變薄、或者使其位于駐波的波節處等即可。
下面對第四實施方式的發光芯片c的變形例進行說明。在以下所示的變形例中，發光芯片c的島301中的置位晶閘管s與激光二極管ld的層疊部分不同。其他結構與至此說明的發光芯片c是同樣的，因而對不同的部分進行說明，省略同樣部分的說明。
(第四實施方式的發光芯片c的變形例4-1)
圖24是說明變形例4-1的置位晶閘管s與垂直諧振面發光激光器vcsel層疊而成的島301的放大剖面圖。
變形例4-1的基本構成與圖13所示的第二實施方式的發光芯片c的變形例2-1相同，因而省略說明。
關于垂直諧振面發光激光器vcsel，在被兩個dbr層(p陽極(dbr)層81與n陰極(dbr)層88)夾在中間的發光層87，使光進行諧振而進行激光振蕩。
另外，設置在垂直諧振面發光激光器vcsel的p陽極層86中的電流狹窄層86b可以設置在垂直諧振面發光激光器vcsel的n陰極(dbr)層88中、也可以設置在置位晶閘管s的p陽極層81或n陰極層84中。
(第四實施方式的發光芯片c的變形例4-2)
圖25是說明變形例4-2的置位晶閘管s與垂直諧振面發光激光器vcsel層疊而成的島301的放大剖面圖。
變形例4-2的基本構成與圖12所示的第一實施方式的發光芯片c的變形例1-2相同，n陰極層84與n陰極層88為dbr層形式。其他結構與變形例1-2相同，因而省略說明。
關于垂直諧振面發光激光器vcsel，在被發光層87和p陽極層86夾在中間的兩個dbr層(n陰極(dbr)層84與n陰極(dbr)層88)中，使光進行諧振而進行激光振蕩。
另外，由于變形例4-2不使用電流狹窄層86b，因而在難以應用水蒸氣氧化的inp、gan、藍寶石等襯底上的半導體材料中容易應用。
另外，由于隧道結層85被用于使電流路徑變窄，因而非發光復合中消耗的電力受到抑制，低消耗電力化和光取出效率提高。
在第一實施方式到第四實施方式中，可以使發光元件(發光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發光激光器vcsel)、晶閘管(傳輸晶閘管t、置位晶閘管s)的導電型相反，同時可以變更電路的極性。即，可以使共陽極為共陰極。
另外，為了抑制發光元件(發光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發光激光器vcsel)導通時的發光延遲或衰減振動，可以預先在發光元件中導入閾值電流以上的微小電流使其稍呈發光狀態或振蕩狀態。即，發光元件可按下述方式構成：在置位晶閘管s導通前開始使發光元件稍發光，在置位晶閘管s導通時使發光元件的發光量增加，成為預定的光量。作為這樣的結構，例如可以在發光元件(發光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發光激光器vcsel)的陽極層形成電極，在該電極上連接電壓源或電流源，在置位晶閘管s導通前開始從該電壓源或電流源向發光元件注入微弱的電流。
此外，在上文中，利用由發光元件(發光二極管led、激光二極管ld、垂直諧振面發光激光器vcsel和晶閘管(傳輸晶閘管t、置位晶閘管s)構成的自掃描發光元件陣列(sled)進行了說明，在自掃描發光元件陣列(sled)中，除了上述部件以外，還可以包含控制用晶閘管、二極管、電阻等其他部件。
另外，傳輸晶閘管t之間是利用耦合二極管d連接的，但也可以利用電阻等可傳遞電位變化的部件來連接。
另外，在各實施方式中，作為傳輸晶閘管t和置位晶閘管s的結構，只要為在各實施方式具有傳輸晶閘管t和置位晶閘管s的功能的結構，也可以為pnpn4層結構以外的結構。例如，可以為具有晶閘管特性的pinin結構、pipin結構、npip結構或pnin結構等。這種情況下，只要pinin結構中的被夾在p和n之間的i層、n層、i層、pnin結構中的被夾在p和n之間的n層、i層中的任一層柵極層、設置在柵極層上的n-歐姆電極332為柵極gt(柵極gs)的端子即可。或者，只要nipip結構中的被夾在n和p之間的i層、p層、i層、npip結構中的被夾在n和p之間的p層、i層中的任一層為柵極層、設置在柵極層上的p-歐姆電極332為柵極gt(柵極gs)的端子即可。
此外，在各實施方式中，構成晶閘管的多個半導體層與構成發光元件的多個半導體層隔著構成隧道結的半導體層層疊而成的半導體結構也可以在自掃描發光元件陣列(sled)以外的用途中使用。例如，可以作為通過來自外部的電信號或光信號等的輸入來點亮的發光元件單體、或者作為自掃描發光元件陣列以外的發光元件陣列來使用。
在上文中，主要將p型gaas作為襯底80的示例進行了說明。下面對于使用其他襯底的情況下的各半導體層(由圖10的(a)的半導體層疊體形成工序形成的半導體層疊體)的實例進行說明。
首先，使用gan襯底的情況下的半導體層疊體的一例如下。
p陽極層81是例如雜質濃度為1×1018/cm3的p型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。
n柵極層82是例如雜質濃度為1×1017/cm3的n型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。
p柵極層83是例如雜質濃度為1×1017/cm3的p型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。
n陰極層84是例如雜質濃度為1×1018/cm3的n型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。
隧道結層85由高濃度添加了n型雜質的n++層85a和高濃度添加了n型雜質的p++層85b的接合(參照圖10的(b))構成。n++層85a和p++層85b的雜質濃度例如為1×1020/cm3，是高濃度。另外，通常的接合的雜質濃度為1017/cm3～1018/cm3。n++層85a與p++層85b的組合(下文中記為n++層85a/p++層85b)例如是n++gan/p++gan、n++gainn/p++gainn、n++algan/p++algan。另外，組合也可以相互變更。
p陽極層86通過依序層疊下側p層86a、電流狹窄層86b、上側p層86c來構成(參照圖10的(c))。
下側p層86a、上側p層86c例如是雜質濃度例如為1×1018/cm3的p型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。
由于在gan襯底上難以將氧化狹窄層作為電流狹窄層使用，因而將隧道結或脊形結構、埋入型結構用作電流狹窄層的圖12、圖18、圖20、圖21、圖25等為優選的結構。或者將離子注入作為電流狹窄方法來使用也是有效的。
發光層87是阱(well)層與勢壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結構。阱層例如為gan、ingan、algan等，勢壘層為algan、gan等。另外，發光層87可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點)。
n陰極層88是例如雜質濃度為1×1018/cm3的n型al0.9gan。al組分可以在0～1的范圍變更。
其次，使用inp襯底的情況下的半導體層疊體的一例如下。
p陽極層81是例如雜質濃度為1×1018/cm3的p型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。
n柵極層82是例如雜質濃度為1×1017/cm3的n型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。
p柵極層83是例如雜質濃度為1×1017/cm3的p型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。
n陰極層84是例如雜質濃度為1×1018/cm3的n型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。
隧道結層85由高濃度添加了n型雜質的n++層85a和高濃度添加了n型雜質的p++層85b的接合(參照圖10的(b))構成。n++層85a和p++層85b的雜質濃度例如為1×1020/cm3，為高濃度。另外，通常的接合的雜質濃度為1017/cm3～1018/cm3。n++層85a與p++層85b的組合(下文中記為n++層85a/p++層85b)例如是n++inp/p++inp、n++inasp/p++inasp、n++ingaasp/p++ingaasp、n++ingaaspsb/p++ingaaspsb。另外，組合也可以相互變更。
p陽極層86通過依序層疊下側p層86a、電流狹窄層86b、上側p層86c來構成(參照圖10的(c))。
下側p層86a、上側p層86c例如是雜質濃度1×1018/cm3的p型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。
由于在inp襯底上難以將氧化狹窄層作為電流狹窄層使用，因而將隧道結或脊形結構、埋入型結構用作電流狹窄層的圖12、圖18、圖20、圖21、圖25等為優選的結構。或者將離子注入作為電流狹窄方法來使用也是有效的。
發光層87是阱(well)層與勢壘(壘)層交替層疊而成的量子阱結構。阱層例如為inas、ingaasp、algainas、gainaspsb等，勢壘層為inp、inasp、ingaasp、algainasp等。另外，發光層87可以為量子線(量子wire)或量子箱(量子點)。
n陰極層88是例如雜質濃度為1×1018/cm3的n型ingaasp。ga組分、al組分可以在0～1的范圍變更。
這些半導體層通過例如有機金屬氣相生長法(mocvd)、分子束外延法(mbe)等進行層疊，形成半導體層疊體。
- 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點贊！